一种复合锂金属负极材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111816836A(43)申请公布日2020.10.23(21)申请号202010698526.7(22)申请日2020.07.20(71)申请人四川虹微技术有限公司地址610000四川省成都市中国（四川）自由贸易试验区成都高新区天府四街199号1栋33层(72)发明人高剑罗从山邓云龙王铭(74)专利代理机构四川省成都市天策商标专利事务所51213代理人胡慧东(51)Int.Cl.H01M4/04(2006.01)H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书6页附图1页(54)发明名称一种复合锂金属负极材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种复合锂金属负极材料及其制备方法，包括以下步骤：在惰性氛围下，将金属锂与其他金属加入到合金熔炼炉中熔炼；保持温度不变，外加一定强度的电场到熔炼炉中，使熔融液中的元素均匀分布得到第一熔融液；向第一熔融液中加入Mxene材料；保持温度和电压不变，继续保持1～5小时，得到第二熔融液；将第二熔融液倒入模具中冷却至室温，模具处在磁场中，冷却后得到复合金属锂板材；将金属锂板材进行造型得到厚度可控的复合金属锂带。制备出的复合负极材料显著提高了其倍率性能和循环寿命，并且在锂枝晶问题上得到了明显的改善，致使电池的安全性能得到大幅度提升。CN111816836ACN111816836A权利要求书1/1页1.一种复合锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在惰性氛围下，将金属锂与其他金属加入到合金熔炼炉中熔炼；(2)保持温度不变，外加一定强度的电场到熔炼炉中，使熔融液中的元素均匀分布得到第一熔融液；(3)向第一熔融液中加入Mxene材料；其加入的量控制在负极材料总质量的5％～20％wt；保持温度和电压不变，继续保持1～5小时，得到第二熔融液；(4)将第二熔融液倒入模具中冷却至室温，模具处在磁场中，冷却后得到复合金属锂板材；(5)将金属锂板材进行造型得到厚度可控的复合金属锂带。2.根据权利要求1所述的复合锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中其他金属选自Mg、Zn、Sn中的一种或多种，锂与不同金属的熔炼温度不同，其中Li与Mg在200～650℃下熔炼，Li与Zn在400～800℃下熔炼，Li与Sn在300～800℃下熔炼。3.根据权利要求1所述的复合锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中其他金属加入的量为负极材料总质量的1％～50％wt。4.根据权利要求1所述的复合锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中外加电场的电压为0.5～3V，时间为0.5～2h。5.根据权利要求1所述的复合锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中磁场强度为0.1～0.5T。6.根据权利要求1所述的复合锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中造型方式为切割、热压、辊压中的任意一种。7.根据权利要求1所述的复合锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中复合金属锂板材的厚度为20～400微米。8.根据权利要求1所述的复合锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)～(5)在露点小于-40℃的干燥室内或充满氩气/氦气的手套箱中进行。9.一种复合锂金属负极材料，其特征在于，采用权利要求1～8所述的复合锂金属负极材料的制备方法制备得到的。2CN111816836A说明书1/6页一种复合锂金属负极材料及其制备方法[0001]技术方案[0002]本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种复合锂金属负极材料及其制备方法。背景技术[0003]随着科技的不断发展，对于高能量密度电源的需求越来越高，目前理论上可以提供高能量密度的电池包括锂空气电池、锂硫电池和金属锂电池，被认为是最具前景的下一代高比能电池。金属锂负极以极高的理论比容量(3860mAh·g-1)和极负的电势(-3.040Vvs标准氢电极)被认为是最具潜力的负极材料。[0004]然而，金属锂负极的大规模应用仍然存在着很多的问题：充放电过程中，因为金属锂负极的高活性和锂离子的不均匀沉积，导致表面极易生长出锂枝晶，从而刺穿隔膜造成短路引发热失控，带来严重的安全事故，同时枝晶断裂后形成的“死锂”会降低库伦效率，充放电过程中金属锂自身无骨架的特性会产生巨大的体积变化导致负极结构的不稳定，导致材料粉化，从而缩短电池的使用寿命。这些问题极大地限制了锂负极的实际应用。[0005]近年来，科研工作者从多方面去解决金属锂负极面临的一系列问题，其中包括：电解液成分优化、金属锂表面保护膜、人造SEI、构建三维结构负极等方法，电解液成分优化会显著增加电池成本